小排量防反吐同心配水器的试制与应用

2018-05-02陈朋刚赵亚杰史鹏涛王亚雄

非常规油气 2018年2期

陈朋刚，赵亚杰，史鹏涛，董涛，王亚雄.

(延长油田股份有限公司勘探开发技术研究中心，陕西延安 716000)

随着国内油田分层注水采油技术的不断发展完善，形成了以桥式偏心分层配注工艺为代表的分层配注工艺，并在国内各大油田得到大范围应用，满足了不同油藏类型不同开发阶段的注水采油开发的需要，为油田精细化分层作业奠定了技术基础[1-3]。偏心注水工艺系统中偏心水嘴安装在偏心配水器的偏心槽内，这种结构形式在进行偏心分层流量配注测试调配时，无论采用钢丝绳作业还是电缆投捞作业[4-6]，都需要精确的机械导向、定位对接结构，对接使侧向传动结构复杂，传动效率低。正是由于这种偏心对接、调试方式，在大斜度井、深井、多层分注井以及采出水回注井中作业时存在水嘴打捞困难、投不进、反复作业、易堵塞等问题，以及测调仪遇阻、遇卡率高，测调成功率和工艺整体效率低等问题。同心注水工艺技术是为解决偏心注水工艺所存在的问题发展起来的。由同心配水器、同心测调仪组成的同心分层精细化注水技术工艺系统[7-9]，大大提高了大斜度井、深井、多层分注井及采出水回注井中水嘴对接的成功率，提高了作业效率。小排量防反吐同心配水器针对延长油田小注水量需求，在常规同心配水器的基础上对水嘴结构进行优化，同时配水器还增加了防反吐功能，以改善油管内的注水环境。

1 技术分析

小排量防反吐同心配水器是新一代注水工艺系统中井下配水工具的重要组成部分之一，采用同心遇阻式对接方式、水嘴配水器一体化设计方案，提高了测调仪井下对接效率，简化了井下操作工艺，提高了作业效率。特殊三角形水嘴开口满足小排量注水要求，防反吐结构设计有效改善管柱环境。

1.1 结构

小排量防反吐同心配水器主要由上接头、本体、外护筒、调节套、活动水嘴、防反吐组件、固定水嘴、固定水嘴座、螺环、下接头组成，结构如图1所示。

图1 小排量防反吐同心配水器Fig.1 Small displacement anti-backflow concentric water distributor 1-上接头；2-本体；3-外护筒；4-调节套；5-活动水嘴；6-防反吐组件； 7-固定水嘴；8-固定水嘴座；9-螺环；10-下接头

1.2 工作原理

该小排量防反吐同心配水器与常规配水器的使用方法一样。下井将之与分层注水管柱连接之前，需将配水器水嘴关死。在管柱与配水器下放到井下预定位置后，向油管注水加压，使封隔器坐封。在同心注水测调时，使用电缆携带同心测调仪下放进油管内，在到达预定测调层同心配水器上方3～5 m处对同心测调仪进行开臂操作，测调仪定位爪打开，然后再继续下放仪器，仪器定位爪与配水器本体定位台对接。测调仪调节头伸缩块与配水器调节套调节槽对接，调节头继续旋转带动测调仪防转块进入本体防转槽内，测调仪继续转动带动活动水嘴组件(包括调节套和活动水嘴)做螺旋运动，改变活动水嘴与固定水嘴上出水口的相对位置，进而改变出水口节流面积的大小，实现对注水量的调节。由于桥式过流通道的存在，当前层注水不会影响下层注水，从而实现其他层段分层配注的需要。该小排量配水器对固定水嘴出水口结构进行优化改进为三角形结构，便于小排量注水的需求。同时增加了防反吐功能设计，满足当地层压力大于注水井油管内水压时，防反吐组件结构发生作用，防反吐组件金属球复位，阻止地层水或油进入油管内。同时停注或压力波动时，可有效防止污垢、沙砾等堵塞配水器。

1.3 主要技术要求

该同心配水器的总长度为640 mm，最大外径为114 mm，最小内通径为46 mm，水嘴调节行程为40 mm，额定工作压差为40 MPa，连接口型为2-7/8 in TBG。

2 关键技术及特点

2.1 定位对接防转机构

该同心配水器的定位方式采用遇阻式定位对接，该定位结构主要包括定位平台、防转槽，结构如图2所示。测调仪定位爪开臂下放与定位台接触，实现测调仪与配水器的同心对接。同时，井下仪器的防转块限于防转槽内结构内，防止仪器工作时仪器自身转动，保证测调仪与配水器调节套之间的相互运动。此外，与对接台一体的支座上有过流通道设计，足够大的过流面积可以保证当本层注水时，水还可以沿过流通道流向下层，以致不影响其他层对下层注水层段的注水作业。

图2 定位机构示意Fig.2 Positioning mechanism schematic 1-外护筒；2-定位台；3-防转槽；4-过流通道；5-过流切口

2.2 调节机构

调节机构是由活动水嘴组件和本体上的梯形螺纹连接的传动机构，该调节机构如图3所示。测调仪与配水器定位台对接后，测调仪调节头伸缩块卡进调节槽1中，通过调节套与本体上的梯形螺纹做螺旋运动带动活动水嘴4与固定水嘴发生相对位移，实现活动水嘴相对固定水嘴的节流面积的变化，完成调配任务。

图3 调节机构示意Fig.3 Adjust mechanism schematic 1-调节槽；2-调节套；3-梯形螺纹结构；4-活动水嘴

2.3 固定水嘴组件结构

固定水嘴组件结构主要有固定水嘴座和固定水嘴及固定环3部分组成，如图4所示。固定水嘴座是安装固定水嘴的基座，固定水嘴上出水口的结构设计是决定配水器注水排量的主要因素之一。根据延长油田小排量注水的要求，设计适当有效的出水口节流面积，同时满足精细化注水的要求，以适用于小排量注水的要求。小排量固定水嘴结构示意如图5所示。

图4 固定水嘴结构Fig.4 Schematic of fixed nozzle component structure 1-固定环；2-出水口；3-固定水嘴；4-固定水嘴座

图5 固定水嘴结构示意Fig.5 Schematic of fixed nozzle structure

根据固定水嘴出水口形状以及流体力学的关系，得出不同压差及不同出水口开度大小下配水器的配注量大小，见表1。

不同压差及不同出水口开度大小下配水器的配注量曲线如图6所示。

2.4 防反吐结构

防反吐结构是在地层压力大于管柱压力时防止地层液体回流而设计的结构，其固定本体1的出水口位置。正常注水作业时，管柱压力大于地层压力，管柱内的水推动金属球4向外挤压弹簧3，水从金属球4周围的缝隙穿过从防反吐壳体2的孔中流进地层。当地层压力大于管柱压力时，弹簧3恢复变形，金属球4堵住孔板5上的出水孔阻止地层液回流。具体结构示意如图7所示。

表1 不同压差及不同出水口开度大小下配水器的配注量大小Table 1 The volume distribution of the water distributor with different pressure differences and different outlet opening sizes

图6 不同压差及不同出水口开度大小下配水器的配注量曲线Fig.6 The distribution curves of the water distribution device under different pressure differences and different outlet opening sizes

3 现场验证情况

小排量防反吐配水器在江苏油田、长庆油田、青海油田、克拉玛依油田、华北油田、大港油田等进行了推广使用，目前使用状况良好。该类型配水器目前在不同井深、井斜中得到使用和验证，其中江苏油田井深1800～2000 m，长庆油田井深2000～2800 m，青海油田井深3000～4000 m，克拉玛依油田井深3000～4000 m，华北油田井深1500～2000 m，大港油田井深1500～2000 m，井斜从20°到55°不等。注水量从10 m3到30 m3不等的注水要求进行注水作业，经试验其注水合格率达到了96%，一次对接成功率达到95%以上，测调调试时间为3～8 h。试验结果表明，桥式同心配水器在小排量、深井、大斜度井、多层分注及采出水回注井中施工作业方便，成功率高，水嘴调节灵活，测调精度高。其在长庆油田实施作业的试验数据见表2。